分子信标（Molecularbeacon）是一种荧光标记的寡核苷酸链。一般有三部分组成：①环状区：由15～30个可以与靶分子特异结合的核苷酸组成；②茎干区：一般由5～8个可发生可逆性解离的碱基对组成；③荧光基团和淬灭基团：分子信标的两个末端分别标记荧光基团和淬灭基团。如图1-13所示，没有靶分子的时候，分子信标的荧光和淬灭基团靠得很近，荧光被淬灭。与靶分子结合后，分子信标的空间构型发生改变，导致荧光恢复。因为分子信标技术具有极高的特异性和灵敏度，所以在临床诊断、基因检测、环境监测、活细胞成像、基因芯片与生物传感等方面得到了广泛应用。最近几年，为了提高检测目标分子的灵敏度，循环扩增技术在分子信标中的应用成为了研究热点，并广泛地应用于了各类目标分子的检测中去。

中文名

分子信标

外文名

molecular beacon

提出者

Tyagi

不足

稳定性差

分类

标记分子信标

特点

灵敏度高，操作简单，检测成本低

发明时间

1996

简介

分子信标

分子信标的茎环结构中，环一般为15-30个核苷酸长，并与目标序列互补；茎一般5-7个核苷酸长，并相互配对形成茎的结构。

分类：

标记分子信标：

标记分子信标的荧光基团标记在探针的一端，而淬灭剂则标记在另一端。在复性温度下，因为模板不存在时形成茎环结构，当加热变性会互补配对的茎环双链解开，如果有模板存在环序列将与模板配对。与模板配对后，分子信标将成链状而非发夹状，使得荧光基团与淬灭剂分开。当荧光基团被激发时，因淬灭作用被解除，发出激发光子。荧光强度与溶液中模板的量呈正比。所以可以用与PCR定量分析。由于是酶切作用的存在，分子信标也是积累荧光。常用的荧光基团：FAM，TexasRed，TAMRA。

免标记分子信标：

特点

：灵敏度高，操作简单，检测成本低。

不足

：杂交时探针不能肯定完全与模板结合，所以稳定性差，

分子信标技术结合不同于荧光标记，可用于基因多突变位点同时分析

和结核杆菌耐药基因rpoB的耐药分析不足

结构

分子信标的设计一般包括三个部分：

（1）环状区：一般为长度15～30碱基的序列，能与目标分子特异结合；

（2）信标茎干区：通常为长度5～8个碱基的互补序列，茎干区与杂交后环状区-目标分子的双链结构之间的热力学平衡关系，使分子信标的杂交特异性明显高于常规的线状探针；

（3）荧光基团和淬灭基团，荧光基团一般联接在信标分子的5端；淬灭基团联接在3’端。图1为经典的分子信标结构，其中1—氨基萘—8—羧酸(EDANS)为荧光素，二甲氨基偶氮苯甲酰(DABSYL)为淬灭剂。分子信标中常用4—(4’—二甲基氨基偶氮苯基)苯甲酸(DABCYL)作为淬灭基团，德克萨斯红(TexasRed)、荧光素(Fluoresein)等作为荧光基团。

原理

对于标记分子信标来说，自由状态时，发夹结构的两个末端，使荧光分子与猝灭分子靠近(约为7—10nm)。此时发生荧光共振能量转移，使荧光分子发出的荧光被猝灭分子吸收并以热的形式散发，荧光几乎完全被猝灭，荧光本底极低。当分子信标与序列完全互补的靶标分子结合形成双链杂交体时，信标茎杆互补区被拉开，荧光分子和猝灭分子距离增大。根据Foerster理论,中心荧光能量转移效率与两者距离的6次方成反比。杂交后，信标分子的荧光几乎100%恢复。且所检测到的荧光强度与溶液中靶标的量成正比。

免标记分子信标是通过反应后分子信标被打开，原本封闭在茎部的特定的能与染料结合的DNA序列被释放出来并与染料结合，造成检测信号的变化，对目标分子进行检测。检测信号通常有比色和荧光两种。

应用

（1）核酸检测分析

（2）分子信标用于研究DNA—蛋白质的相互作用

（3）分子信标用作生物芯片和生物传感器的探针

（4）分子信标用作酶动力学研究以及小分子药物的筛选

（5）分子信标用于重金属有毒物质的定量检测

（6）分子信标用于有毒残留抗生素等物质的研究

（7）分子信标用于肿瘤标志物的研究，如：miRNA

展望

近年来，分子信标因具有灵敏度高，特异结合性好等优点而被广泛应用于生物学和生物分析领域。在注重功能基因研究的后基因组时期，分子信标将会被更多地应用于基因突变引起的疾病的研究、活细胞中RNA的检测、蛋白质的检测及生物芯片研究等。随着分子信标技术的发展和新型分子信标的不断出现，分子信标将会在基因诊断、基因治疗以及新药的研制开发等方面得到越来越广泛的应用。